某水厂自动化控制系统设计方案

***水厂自动化控制系统设计方案

摘要：

本文就基于PLC的水厂自动化控制系统在滨海水厂的应用提出了一些笔者的建议，主要从水厂加药、加氯、沉淀池虹吸吸泥机、滤池和恒压供水等几个关键工艺过程进行自动化控制系统的设计，其中将恒压供水系统作为典型例子进行了详细的论述，希望本文能对***水厂自动化控制系统的建设有所益处。

关键词：中小型PLC水厂自动化控制系统***水厂自动化控制系统设计方案目录前言

第一章水厂自动化控制系统的发展现状；第二章生产工艺和控制要求；第三章自动化控制系统的设计：

1.1对药剂的制备与投加的控制；

1.2对沉淀池虹吸吸泥机的控制；

1.3滤池自动化控制系统；

1.4恒压供水系统。

第四章相关小型PLC的介绍与说明；

结束语

前言

随着科学技术的发展和人们对生活用水品质要求的不断提高，通过近几年来对水厂运行控制模型经验和控制参数的积累，水厂控制设备和检测仪表品种的丰富和可靠性大大提高，供水系统自动化控制技术在分散控制、集中管理系统上日益成熟，**水厂自动化改造将成为必然趋势。**水厂为年供水量在1500万立方米的小型水厂。主要负责大港油田的生产生活用水的供给，本文仅作为笔者对滨海水厂自动化控制系统建设方面提出的一点建议，以供参考。第一章水厂自动化控制系统的发展现状

水厂自动化控制系统经历了从无到有、从简单到复杂的过程。从一开始仅有常规仪表检测，到加药、加氯的局部自动控制，直到九十年代，随着可编程序控制器（PLC）的大量推广使用，水厂自动化控制系统才真正建立起来。PLC具有可靠性高、编程简单、使用方便以及通讯联网功能强的特点。水厂以PLC为主控设备建立的控制系统一般模式为：由设在中控室的上位监控计算机及若干现场PLC联网组成集散型监控系统。开始建立的系统，各分站以功能划分，站内设有监控计算机，这是针对当时PLC的通讯能力不够强大，控制系统可靠性不高所采取的措施，即一旦其它分站出现故障或网络中断后，未出故障的分站还可以在局部区域内实现自动控制。近几年随着PLC网络通讯能力的增强和控制及电气执行机构可靠性的提高，这一模式逐渐被打破，取消了各分站内的监控计算机，各分站的控制区域由功能划分改为以距离划分，可在中控室内监视水厂运行的全过程。第二章生产工艺和控制要求

1.1**水厂采用工艺流程：

主要分为以下几个工艺过程如图1所示：药剂的制备和投加取水混凝平流沉淀过滤清水池二级泵房前加氯混凝剂原水供水管网滤后加氯图1**水厂工艺流程图2.2水厂的控制要求：

（1）、出厂水浊度小于1NTU、余氯保持在0.5mg/L左右，在保证水质水量的同时，要求低药耗、低氯耗和低电耗；（2）、滤池要求采用恒水位运行，水位偏差不能大于±2.5cm，要能根据水头损失或运行周期自动进行反冲洗，且同一时间内只能有一个进行反冲洗；

（1）取水：将滦河水抽入净水厂；（2）药剂的制备与投加：按工艺要求制备合适的混凝剂，并投入混凝剂及氯气，达到混凝和消毒的目的；（3）混凝：包括混合与絮凝，即滦河水投入混凝剂后进行反应，并排出反应后沉淀的污泥；（4）平流沉淀：与混凝剂反应后的水低速流过平流沉淀池，以便悬浮颗粒沉淀，并排出沉淀的污泥；（5）过滤：沉淀水通过颗粒介质（石英砂）以去除其中悬浮杂质使水澄清，并定时反冲洗石英砂；（6）送水：通过多台离心泵将自来水以一定的压力和流量送入供水管网；第三章自动化控制系统的设计

由于自来水生产工艺主要具有以下特点：（1）各生产工艺段相对独立，单体设备多。（2）采集的数据量大，整个系统共有数字量输入、输出超过3000路，模拟量输入、输出超过1000路，且工艺参数种类多，包括压力、流量、温度、差压、液位、电流、电压、功率等，但上下游相关联的生产参数少。（3）自来水生产具有连续性、不可替代性和不间断性。（4）各工艺段距离远，设备分散，组网相对复杂。根据以上特点，本系统选用OMRON的中小型PLC对各工艺段生产设备分散控制，利用OMRONProtocol和ControllerLink组成网络，在各工艺段控制室和中控室设置上位机，构建人机界面进行生产管理和对生产数据进行后续处理。全厂控制网络如图2示。…共8台…共13台…共4台…共7台

…共8台沉淀、滤池上位机…共8台CQM1HCQM1H二期滤池控制C200HGC200HGC200HG电台冲洗设备及一期滤池控制ControllerLinkCPM2A电台RS232CPM2A电台RS232中继器光中址光中址C200HG转换器取水上位机光纤ControllerLinkRS232RS232Srpam2000Srpam2000AL001AL001CPM2ACPM2ARS232RS232高压配电设备泵机控制ControllerLink加药上位机送水上位机中控上位机C200HGC200HG加药设备控制C200HGC200HG转换器转换器RS232RS232Srpam2000Srpam2000RS422AL001AL001CPM2ACPM2ARS232RS232RS422高压配电设备泵机控制一、二期平流沉淀池吸泥机控制图2全厂控制网络图

在取水及送水工艺段上，主要设备由多台离心水泵和10KV高压直配电机组成，每一电机由相应的高压配电柜控制，因此为每一面高压配电柜选用一台Sepam2000(专用于配电柜控制的小型PLC)进行数据采集和控制，每一泵阀在现场选用一台OMRONCPM2A用于数据采集和控制，通过RS422接口连成网络，由控制室的OMRONC200HG中型PLC利用OMRONProtocol协议与它们通讯，对其读写数据和进行统一调度，这样可以节省大量的数据采集电缆，而且当某台PLC发生故障时可以方便断开其维修而不影响其它设备的正常生产。对于沉淀池吸泥机的控制，由于吸泥机在长达近百米的沉淀池上前后移动，因此其控制所用小型PLC利用电台与控制室间的C200HG通过RS232接口进行1：N通讯，电台型号为MDS-SCADA-24810，为直接数字调制解调电台，工作频率范围在2.4G~2.4835GHz，支持标准的异步通讯协议，工作稳定可靠，协议同样采用OMRONProtocol，软件用OMRON-CX-Protocol编制。二期滤池选用多个小型PLC（OMRONCQM1H）分散控制，可以较好地解决因控制设备故障造成全部滤池停产而影响安全供水的问题。整个ControllerLink网络由中继器分成两段，主要是为了满足ControllerLink对通讯距离的要求，同时可适应以后扩展的需要。系统中生产工艺所要求的全部参数都由PLC采集和控制，上位机只是人机界面和对生产数据进行后续处理，大大地提高了系统的可靠性。本控制方案全部选用中小型PLC，对主要的生产设备分散控制，同时利用网络将它们紧密联结，实现集中管理，降低了故障风险，提高了可靠性，是一种经济可行的方案。

1.1对药剂的制备与投加的控制1.1.1自动加药控制：

水厂在保证出厂水质的条件下降低药耗，是降低成本的手段之一。但如何搞好理想的加药自动化控制，至今尚无行之有效的方法。经过多年运行的经验，滨海水厂已得出了一系列适合自身加药控制重要参数，其中流量比例可作为加药控制的主要参考依据，基本可以达到在保证水质的同时降低药耗的目的。

Primus227系列机械隔膜计量泵1.1.2自动加氯控制：

利用液氯杀菌是目前生产自来水的主要消毒手段。在工艺设计上，一般设前加氯（原水）和滤后加氯（滤池出水）两处加氯点。目前的加氯量控制方法：前加氯通常采用流量比例控制加氯量；滤后加氯采用流量比例、余氯反馈“复合环路”控制加氯量；滤后加氯是自来水消毒处理的主要环节，但由于在水中投加氯后，需要在清水池内至少有30分钟以上的接触时间，才能达到比较好的杀菌效果，也是一个滞后控制。为了解决滞后控制问题，将滤后加氯检测取样点移到清水池前，一般距加氯点10D（D为管径）。DEPOLOX3plus余氯分析仪gs1401加氯机1.2对沉淀池虹吸吸泥机的控制：

以往常规的控制方法是，将吸泥机的运行状态及故障信号全部采用点对点方式送入PLC，PLC对它的控制信号也采用硬接点方式。这样一台吸泥机就有十几个DI/DO点，而吸泥机是一直在沉淀池上移动的，这就需要大卷的移动电缆或多极滑导，在室外环境下这些信号的传输不可能长期稳定，会引起误操作。滨海水厂每座沉淀池上都设有两台吸泥机，两座沉淀池共有四台吸泥机，并采用在吸泥机上设置一台小型PLC的方式，吸泥机受小型PLC控制，仅将吸泥机的运行、故障状态通过滑导送到加药分站内的主控PLC。这样，吸泥机的运行不会受错误信号的干扰，中控室又可以知道吸泥机的运行情况，如发现吸泥机故障，可立即派人员去维修。1.3滤池自动控制系统：

滤池是水厂关键的组成部分，也是控制最集中的地方。为了保证水厂净水工艺这一关键部位能正常运行，局部出现故障后不会因为某个阀门的损坏而影响整个滤池的自动运行及调节，我们在滤池上设置了多个小型PLC，每两格滤池由一个小型PLC控制。这样，某一部位的阀门等设备出现故障后，只会影响一个小型PLC，仅会使两格滤池退出自动运行状态，等待维修，而其余大部分滤格仍可正常自动运行。1720D低量程浊度控制仪1.4恒压供水系统：

恒压供水系统原理如图7所示，它主要是由PLC、变频器、PID调节器、TC时间控制器、压力传感器、液位传感器、动力控制线路以及6台水泵等组成。用户通过控制柜面板上的指示灯和按钮、转换开关来了解和控制系统的运行。通过安装在出水管网上的压力传感器，把出口压力信号变成4-20mA的标准信号送入PID调节器，经运算与给定压力参数进行比较，得出一调节参数，送给变频器，由变频器控制水泵的转速，调节系统供水量，使供水系统管网中的压力保持在给定压力上；当用水量超过一台泵的供水量时，通过PLC控制器加泵。根据用水量的大小由PLC控制工作泵数量的增减及变频器对水泵的调速，实现恒压供水。当供水负载变化时，输入电机的电压和频率也随之变化，这样就构成了以设定压力为基准的闭环控制系统。同时系统配备的时间控制器和PID控制器，使其具有定时换泵运行功能（即钟控功能，由时间控制器实现）和双工作压力设定功能（PID控制器和时间控制器实现）。此外，系统还设有多种保护功能，尤其是硬件/软件备用水泵功能，充分保证了水泵的及时维修和系统的正常供水。正常情况（无泵检修）时，各泵的运行顺序为1#，2#，3#，4#、5#、6#。PLD压力传感给定压力变频器I/OI/OI/OI/OI/OI/OPLC控制器I/OI/O变频/工频备用选择液位变换钟控允许自动/手动TC时间控制器报警液位电极池底下限复位供水管网1#泵1#电机2#泵3#泵4#泵5#泵6#泵2#电机3#电机4#电机5#电机6#电机图7恒压供水系统原理图1.颜4.桥1脂工作舞原理（1窜）运页行方记式该系叶统有斑手动艇和自粥动两恒种运净行方眉式：A、嘱手动桃运行齿。按物下按灯钮启身动或惠停止捡水泵辣，可伸根据波需要第分别执控制核1#籍-6鸡#泵蹲的启宏停。兰该方鄙式主纳要供挡检修史及变唤频器待故障贫时用蚀。B、赚自动脉运行楚。合优上自刻动开得关后鹿，1吉#泵躺电机蜡通电茎，变陕频器纲输出塞频率妨从0聪Hz港上升嘉，同谨时P神ID煎调节宰器接蔽收到如自压摧力传糟感器妻的标婶准信挠号，全经运盏算与乡丰给定锁压力纷参数秤进行含比较雄，将贸调节龙参数愁送给想变频零器，贪如压璃力不已够，护则频孟率上秤升到阳50喇Hz屯，1鼠#泵裕由变乐频切辈换为住工频殊，启请2#吨变频泳，变质频器默逐渐球上升遇频率易至给环定值倚，加魔泵依良次类毛推；伐如用拆水量慌减小王，从排先启区的泵这开始丈减，关同时萌根据珠PI麻D调耕节器部给的达调节继参数冰使系崇统平疮稳运肯行。（2鱼）故迅障处升理A、席故障鸦报警执。当掘出现装缺相朝、变白频器投故障蛙、液亭位下壳限、纷超压疯、差请压等灵情况里时，疮系统艳皆能只发出且声响狡报警军信号刻；特桨别是砍当出证现缺兽相、锹变频煌器故俩障、茄液位商下限饥、超时压时夕，系摄统还骆会自田动停液机，灰并发即出声器响报还警信瓜号，冲通知砖维修医人员征前来乳维修桥。此给外，爸变频艳器故舟障时唤，系挤统自甘动停钥机，却此时洽可切升换至行手动拍方式妙保证灯系统峡不间坏断供床水。B、云水泵今检修恋。为廊维护屈和检独修水烧泵，耕要求娱在系金统正嘴常供坦水状脊态下况，在诉一段扁时间嘱间隔斑内使盖某一汤台水哑泵停岭运，住系统哄设有往水泵日强制刃备用顾功能绑（硬强件备密用）猜，可术随意弓备用准某一络台水缩慧泵，雹同时驾不影列响系村统正栋常运衔行；胀为了欺使水落泵进才行轮拨休，台系统余还设姓有软雅件备锁用功贪能（眠钟控家功能森，由华时间明控制鱼器实秒现）订，工与作泵就与备途用N旷泵具员有周射期定唐时切痕换功眠能，仗周期构间隔啊由时瞒间控也制器效设定歇：1检小时监每次屯～9萌6小思时每灾次连询续可篇调。1.街4.倾2母PL齐C控猾制系伯统该系祥统采喊用的纽奉是欧枕姆龙昌可编谱程序恢控制芒器S眨YS论MA已C揉CP斩M2晓A系杜列，等I/链O点玩数为门60喘点，芝PL梢C编绕程采匹用O久MR蚂ON颈C料X-丙Pr尺og名ra汉mm北er顷，它姐是O继mr谈on柜P视LC侦的3筑2位肯视窗列软件息支持朗工具张，提谅供完威整的粘编程极环境现，可画进行光离线毕编程咽和在颠线连歼接和判调试抬，并跳能实羊现梯腰形图计与语宗句表飞的相撇互转爽换。亏为了负提高除整个早系统是的性廉价比离，该辫系统欺采用绒开关旗量的图输入跃/输锐出来尾控制福电机愤的启剪停、渣定时稿切换端、软碍起动药、循政环变朋频及巾故障室的报许警等颗，而初电机售转速贼、水惯压量蚊等模调拟量沈则由宅PI仗D调裕节器指和变追频器则来控常制。FR复EN另IC状5巨00技0P赔11共S纤变频柜器图9被泵脆组切却换示千意图M1M1M2M2M2M3M3M4M3M4M5M4M5M5M6M6M6M1M6陶M1M2M1旋M2M3M2困M3M4M3类M4M5M4而M5M6M5蜘M6M1M5鸦M6拜M1M2M6驳M1美M2M3M1杜M2貌M3M4M4怠M5硬M6MIM3滋M4贿M5M6M2卫M3马M4M51#资泵启动动：2#恶泵启磨动：3#食泵启尚动：4#疫泵启失动：5#加泵启工动：6#薪泵启形动：图例古：N台幸泵运馆行切谊换到桃N-兽1台渗泵运驴行N台腹泵运病行切栋换到少N+裂1台框泵运梢行M4M44#题泵变队频运竿行4#蛛泵工柏频运渣行泵组封的切衣换示矿意图丽如图素9示替。开汪始时龙，若筑硬件挖、软有件皆停无备萝用（记两者场同时团有效阔时硬罩件优外先）严，1砖#泵捧变频辜启动剑，转隆速从帆0开努始随扩频率调上升呼，如它变频宪器频房诚率到喉达5亦0H星z而柿此时护水压邻还在悔下限课值，甜延时歪一段尊时间塘（避闷免由辉于干江扰而册引起王误动楚作）双后，唉1#秀泵切耐换至屠工频盲运行游，同贵时变衫频器要频率仰由5沫0H标z滑枣停至唇0H妖z，催2#鲜泵变递频启控动，铁如水积压仍项不满骄足，婆则依投次启聪动3烤#、趴4#国泵，扣泵的不切换烘过程贷同上爪；若熄开始份时1或#泵详备用占，则健直接渐启2编#变如频，逃转速驳从0口开始怎随频谷率上衡升，誉如变乱频器挖频率茅到达秃50革Hz舟而此梢时水笛压还恰在下甚限值字，延亏时一书段时卧间后灰，2谜#泵蝴切换君至工消频运吓行，既同时狱变频都器频正率由楚50骑Hz步滑停斗至0持Hz扯，3树#泵命变频促启动草，如赖水压荷仍不现满足呈，则较启动搜4#残泵，臭泵的错切换颂过程驻同上淹；若硬1#蓝、2佳#泵姥都备仓用，访则直秘接启湖3#昌变频清，如鉴水压含仍不饰满足接，则舞依次资启动库4#幸、5辫#、锅6#俊泵，乘具体映泵的娇切换赴过程第与上堂述类罩同。同样件，若翅3台婚泵（矛假设记为1溜#、醉2#棒和3押#）下运行恰时，心3#煮泵变赠频运宁行降静到0惨Hz毯，此尚时水疤压仍咸处于抽上限寻值，帐则延悼时一跨段时迟间后报使1届#泵绵停止膛，变笔频器塌频率就从0蛮Hz俱迅速冠上升香，若驳此后趟水压挪仍处宣于上樱限值覆，则葬延时吃一段坝时间废后使暂2#梯泵停搞止。扬这样苏的切望换过中程，慨有效剂地减胞少泵制的频极繁启蚊停，够同时咏在实娇际管毛网对蜻水压观波动翠做出吸反应贱之前制，由作变频泉器迅泄速调右节，酷使水垂压平羽稳过冒渡，啊从而宾有效滨的避绍免了鸽高楼殿用户富短时肿间停对水的赏情况螺发生块。以往叉的变喊频恒灰压供阻水系凡统在申水压索高时住，通抬常是晃采用钉停变陈频泵泥，再葡将变雨频器抗以工烟频运指行方锋式切陵换到梯正在闲以工肯频运爸行的妄泵上闷进行柱调节召。这忌种切障换的咬方式叨理论絮上要竿比直墨接切亦工频俊的方全式先衰进，迁但其粘容易逃引起配泵组税的频绢繁启遥停，鹅从而患减少稻设备晋的使倍用寿扛命。饭而在偿该系因统中章，直甚接停寄工频扩泵，脖同时健由变星频器靠迅速建调节刑，只兆要参标数设蔽置合奥适，向即可第实现哪泵组锋的无浴冲击裹切换论，使菊水压浓过渡匙平稳宋，有眨效的深防止年了水您压的泛大范败围波鹅动及臣水压斩太低扭时的象短时情缺水爪现象嫌，提洞高了希供水神品质爷。要使篮系统颗稳定凤的运步行，藏有几亚个参网数需鄙特别剪注意爹：A、督变承频转爆工频饭开关舒切换渔时间房诚TM毒C设置守TM万C是皇为了庭确保关在加狡泵时贩，泵认由变召频转督为工纤频的显过程筹中，找同一涉台泵娇的变毙频运叙行和屠工频秘运行茄各自续对应悠的交付流接屋触器捎不会傲同时漆吸合霜而损达坏变牢频器饱，同瓣时为猎了避恋免工粘频启慕动时歌启动蚂电流袄过大我而对仇电网挨产生斧的冲西击，独所以党在允拼许范杂围内姻TM车C必轧须尽岛可能肿的小拒。B、岭上下菌限频碗率持准续时佳间T柏H和灰TL变频桥器运紧行的艘频率逃随管风网用王水量苍增大总而升创高，茄本系象统以项变频爱器运向行的销频率保是否喂达到落上限徐（下像限）爽、并种保持晌一定悟的时性间为筒依据嗽来判民断是储否加刚泵（扩减泵丝式），异这个饿判断灿的时升间就法是T横H（叹TL啄）。馒如果湖设定帜值过蹈大，鼓系统外就不夕能迅窝速的假对管万网用悬水量廊的变臣化做疗出反忠应；他如果嚼设定鸡值过丛小，更管网外用水母量的跃变化乡丰时就抚很可乘能引呆起频警繁的嗓加减趋泵动乎作；编两种梦情况模下都踏会影酬响恒协压供秩水的幅质量规。1.霜4.哑3强恒压馆供水旗系统柄效果本分析在供咳水系搅统中掌采用罗变频储调速休运行亭方式鞋，系期统可讽根据地实际呆设定迁水压课自动上调节金水泵竹电机计的转生速或口加减但泵，拘使供镜水系抹统管殿网中盲的压嘱力保悼持在吸给定凉值，刃以求身最大邻限度还的节底能、向节水贞、节亚地、云节资匀，并点使系散统处侨于可验靠运究行的棕状态滚，实挺现恒畜压供贫水；舱减泵效时采眼用“更先启阁先停价”的喊切换蚁方式柄，相隶对于防“先堪启后喘停”夸方式名，更蓬能确赠保各蔑泵使犹用平富均以旱延长历设备互的使见用寿恒命；哗同时播针对译所用艺四台扣泵均段已使亮用多写年、维需要子定期爬进行柔检修中的实犁际情两况，制增加窄了硬剥件/哨软件肆备用虚功能器，有旱效延须长了驶设备剩的使霞用寿肌命；喉压力吓闭环虑控制铁，系冤统用梳水量币任何扯变化泉均能胡使供析水管锻网的描服务宽压力仁保持刑给定暑，大阿大提慢高了观供水午品质趴；变挨频器易故障线后仍关能保滑障不食间断距供水悲，同烈时实纳现故勉障消轰除后阿自启倘动，询具有揭一定催的先述进性弱。第四吊章匀相比关小贼型P点LC嚼的介堵绍与胡说明1、小OM游RO朱N士C2科00电HG逐其肺具有笑速度绝快、扬功能尊强、必编程牙方便荣和运近行可踪蝶靠的心特点倡，最颈大I据/O恭点数惹达1徒18岛4点弊，程伤序容驼量1钳5.箭2K淋,指悔令执捡行时演间为苏0.敞15尾μS佣~0软.6扭μS笨,可遭支持猎各种老通讯引单元喉。2、正OM伟RO食N尽CQ螺M1靠H拆适用迟于分尺散控挨制的炎紧凑稼型P估LC锣，I笛/O腿点数苹为5的12清点，姜程序厅容量六为7嚷.2蜘K,那支持后各种鲜内装句板和拜Co颂nt揪ro尚ll蹄er蜡L徒in欠k单绪元。3、猴OM傅RO丙N悲CP殿M2炕A乘是为腥满足产10帐~6皆0点叹I/京O的寺系统脆控制询操作辛而设御计，赛能满准足单榜体设洒备高毫效控透制要裹求，仰有效陕地代飞替继肺电器穗控制借器和敲传感镰器控梨制器戴。4、忽Co烛nt革ro酒ll互er娱L斗in擦k逐是O执MR基ON逆提供冷的一盲种工板厂自樱动化为网络岔。它隐可以军在合叼适的革PL港C和寒各种到微型谈计算宋机之循间方端便地波、灵茧活地犁发送冰和接咸收大览容量乐数据烂包，寨支持畏能共度享数晋